JPH03131585A - 電解方法 - Google Patents

電解方法

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JPH03131585A
JPH03131585A JP16595190A JP16595190A JPH03131585A JP H03131585 A JPH03131585 A JP H03131585A JP 16595190 A JP16595190 A JP 16595190A JP 16595190 A JP16595190 A JP 16595190A JP H03131585 A JPH03131585 A JP H03131585A
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JP
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electrode
cathode
composite
powder
nickel
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JP16595190A
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Inventor
Tsutomu Nonaka
勉 野中
Toshio Fuchigami
渕上 寿雄
Yoshito Kunugi
義人 功刀
Toshiisa Ishikawa
石川 敏功
Hiroshi Ichikawa
宏 市川
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Nippon Carbon Co Ltd
Original Assignee
Nippon Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解方法、さらに詳しくは、複合めっきをほ
どこした物体(以下、複合めっき材料という)を電極と
して用いる新規な電解方法により電解現象利用技術の高
度化を図るものである。
〔従来の技術〕
従来より電解用の電極として用いられている素材として
は電導性物質のほとんど全てに及んでいるが、その種類
は必ずしも多くはない。
加えて、工業的実用電極には電気化学的、化学的、物理
的および機械的安定性のほか電導性、無害性、無毒性、
工作性、経済性などの要件が極めて厳しく課されるので
使用可能な素材は極端に限られている。
また、電極材料は電解現象の重要な支配因子のひとつで
あるから、その素材が限定されるということは新しい電
解現象利用技術開発上の大きな障害となることは自明で
ある(野中勉、渕上寿雄、電気化学、53巻、7号、4
49〜452ページ(1985))。
この障害を克服する方策として、既存の電極材料の表面
に特定の機能を有する物質を薄層状に導入固定化すると
いう、いわゆる電極表面修飾の概念が生れ、多種多様な
修飾電極が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、修飾電極の出現によって電極の多様化は達成さ
れたが、後述するような一般的欠点ゆえに修飾電極の実
用的応用技術の開発は極めて限られてきた。
つまり、従来の修飾電極は吸着電極、化学修飾電極1反
応析出電極および被覆電極の4つの型に大別される。
このうち、吸着電極は主として不安定性、低修飾密度お
よび/あるいは修飾物質の種類制限に欠点があり、化学
修飾電極は主として低修飾密度および作製法の煩雑性に
5反応析出電極は主として不安定性、修飾物質の種類制
限および/あるいは作製法の一般性欠除に、また被覆電
極は前王者と比べればやや欠点が少ないと見ることもで
きるが、修飾物質が溶媒可溶なものに限られること、ガ
ス発生を伴う電解における不安定性および/あるいは低
電導性などの欠陥がある(野中勉、渕上寿雄、有機合成
化学協会誌、43巻、6号、565〜574ページ(1
985ンジ野中勉5表面、25巻。
5号、283〜298ページ(1987))。
このように、従来の修飾電極はその出現時には電極の多
様化という観点から電極問題に対して画期的究明をもた
らすものとして多大の関心をもって迎えられたが、前述
のような欠陥のため極く限られた修飾電極が微小電流を
流すことによって目的を達しうる電気化学分析、電気化
学素子および超小型電池などの分野で実用化されている
ことを除けば、専ら学術的基礎研究の対象の域を出てい
ないのが現状である。
一方、複合めっき材料の従来の用途として実用化あるい
はその途上にあるものとしては機械部品。
工具、金型、電気部品、塗装下地、耐食材、装飾材など
広範に及び、このことは複合めっき材料の高い安定性を
示唆しているが電解現象を生起せしめる電極としての用
途は未知である。
本発明は、工業的実用の可能な電極の多様化こそ電解現
象を利用する工業技術の抜本的発展に寄与するものであ
るとの観点から修飾電極に着目し、従来の修飾電極の一
般的欠点について考察した結果、工業的に実用可能な修
飾電極として作成技術上の問題がなく、化学的、電気化
学的、物理的および機械的に安定でかつ電導性、無害性
、無毒性、工作性、経済性などの要件を満したうえにさ
らにその所望の固有機能を十分に発現しうる修飾電極を
提供し、さらに電解現象利用技術の高度化を図ることを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者らは、前記目的を解決するために鋭意
研究を重ねた結果、未だ電極修飾に応用されていない固
体表面修飾技術の中から電極修飾に適用できるものを選
定し、複合めっきをほどこした物体(複合めっき材料)
を電極として使用すれば前記目的が解決できるとの知見
を得て本発明を完成した。
本発明は「新しい修飾電極の開発」という側面はもって
はいるものの、むしろ「複合めっきという従来の固体表
面修飾技術を利用して合目的的に作成される修飾電極を
用いる新規な電解方法」として特徴づけられる。
以下に本発明の複合めっきにより作成される修飾電極が
いかに従来の修飾電極の欠点を克服しうるかについて述
べる。
本発明における、複合めっき材料は、溶存金属イオンと
懸濁微粒子とからなるめっき浴から金属と微粒子とを同
時に電析させて両者の複合めっき層を形成されたもので
ある。
ここに、電極として使用する複合めっき材料の溶存金属
イオンとしては、たとえばNi、Cr、Cu、Go、F
s、All、A&、Pb、Zn、Mn、Cd、Sn%N
i−Mn%N1−Go、pb−8n、N1−P、Go−
B等の1種又は2種以上が挙げられる。
また、懸濁微粒子としては、たとえば、樹脂類(四フッ
化エチレン樹脂、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレ
ン共重合樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ア
クリル系樹脂、ポリアミド樹脂、メラミン系樹脂)、金
属粉末(Pb、AQ、Cr、Mo、Ti、Ni、Fe、
W、V、Ta。
Sb、Si)、金属酸化物(α、β、γ−AQ203.
5in2、ZrO,、Ce O,、Cr、○3、Fe 
、 O、、T i O,、T h O,、BaO2、M
gO。
cdo、UO,、y、o、、NbO,)、金属炭化物(
SiC,TiC,WC,VC,NbC,ZrC1T a
 C,Cr、C2、B10)、金属窒化物(α、β−B
 N、 Z r B、、 T i N、S i、N4)
 、金属硫化物(Cd S、 Z n S%Mo S−
、WS2)−金属ホウ化物(ZrBi、TiB2、Cr
 B2)−その他金属化合物(WSi、、CaF、、B
 a S O4゜SrS○、、TiH2、AQ(OH)
3、Zn(OH)Z)、その他(黒鉛、(CF)n、(
CF、)n、ガラス、ダイヤモンド、カオリン、コラン
ダム、マイクロカプセル)などの1種又は2種以上が挙
げられる。
本発明は、前記溶存金属イオンと前記S濁微粒子とから
なるめっき浴から金属と微粒子とを同時に金属、セラミ
ックス、プラスチック、木材などの基板上に電析させて
両者の複合めっき層を形成させたものである。
その際の複合めっき条件は下記の通りである。
めっき浴:ワット浴系、スルファミン酸浴系界面活性剤
:必要に応じて陽イオン系、非イオン系、両性系の界面
活性剤をめっき浴 に添加するが、無添加でもよい。
金属イオン濃度:10−’〜IOM 微粒子の径=0.02〜20μm 微粒子の濃度二0.1〜550 g / Q微粒子の対
金属析出率=0.3〜90%電流密度: 0.1〜1O
OA/dm”pH:2〜12 温度:10〜92℃ 〔作用〕 本発明によれば、複合めっき層を形成する金属成分と微
粒子成分は各々の固有機能を相乗的に発現するが、主と
して微粒子成分の固有機能を合目的的に利用する場合が
大部分と推察され、このことは修飾電極としての応用を
はかる本発明においても機能の多様化という点で好まし
いものである。
なぜならば、金属成分として用いられうる金属の種類は
かなり限られるが、微粒子成分はめっき浴に不溶な固体
物質全てが使用可能であり多様性という点では極めて好
都合である。
従って、使用可能な金属成分の種類数と使用可能な微粒
子成分の種類数の積に相当する多様性があると考えられ
るので、電極の多様性の問題がまず解決される。
複合めっき材料の従来の用途は明らかにその物理的およ
び機械的安定性を積極的に利用することに依拠しており
、これを修飾電極として利用する場合もこの点は問題な
い。
さらに、めっき材料の常として工作性は主として基板の
工作性に依存するので基板選択の自由度の大きい複合め
っきでは問題にならない。
安定性に関する残る問題は化学的および電気化学的安定
性であるが、これらは電極としての作成条件および使用
条件によるので一概に断定できないが、後述する実施例
にも示したとおり安定に使用されうる。
複合めっきが主として電解めっきにより行なわれること
に鑑み、複合めっき材料のめっき層が相当高い電導性を
もつことは自明であり、後述する実施例においても電導
性に関する問題は何ら観察されなかった。
以上のほか、複合めっき材料の電極としての無害性、無
毒性、経済性などについては、金属成分と微粒子成分の
個々の属性に直接間ることであるから一意的に論述でき
ないが、金属成分と微粒子成分の各々およびそれらの組
合せの多様性からみて、これらが致命的問題になる可能
性はほとんどないものと考えられる。実施例は少なくと
も上記を十分に示唆している。
本発明に関る複合めっき材料は、表面を機能修飾された
固体材料として多様性と安定性を第一の特徴とし、これ
らに加えて実用電極として使用するに当り求められる要
件が個別的ではあるが十分満しえたことが実施例で示さ
れ、また電極材料として広範な応用可能性については実
施例のみならず合理的推論によっても疑う余地がない。
〔実施例〕
以下に実施例にしたがって本発明をさらに具体的に説明
するが、本発明は、これらに限定されるものでない。
実施例1 スルファミン酸ニッケルーポリ(テトラフルオロエチレ
ン)微粒子めっき浴(上村工業株式会社製、商品名メタ
フロンFS浴)中で3 c m X 3 cmニッケル
板に電流密度20 mA/ a m”、通電量432G
、浴温45℃の条件下でニッケルーポリ(テトラフルオ
ロエチレン)複合めっきをほとこし、水洗複電極として
使用に供した。このと燈複合めっき表面の水に対する接
触角は108−1216 (平均115.5’)であっ
た。
次いで上記電極を陰極として、メタノールを20容積%
を含む5%硫准電解液(陰極液50 m 12を用いて
隔膜セル中でベンズアルデヒド(265mg、50mM
)を10mA/am2の定電流密度でIF/mo1通電
して電解還元したのち、カスクロマトグラフィーにより
生成ベンジルアルニールを分析し電流効率を算出した。
その結果電流効率は77%であった。
比較のため、実施例1と全く同様の条件と方鮎で、複合
めっき材料の代わりにニッケル板およυ鉛板を陰極とし
て用いた場合の電流効率は各々35%および80%であ
った。この結果は、複合めっきをほどこすことにより電
流効率の2倍以上の向上が達成され、高水素過電圧陰極
材料として王名な鉛に匹敵することを示している。
実施例2 実施例1で使用した複合めっき陰極を実施例1と同じ条
件と方法で反復繰返し使用したところ。
電流効率は77−72%の間で不規則的に変動したもの
の低下傾向は全く認められなかった。この結果はこの陰
極の高い安定性を示すものである。
実施例3 実施例2で使用した複合めっき陰極を陰極液中にベンズ
アルデヒドを含まないことを除いて実施例1と全く同じ
条件と方法で12時間電解したのち、実施例2と同様の
反復繰返し使用したところ、電流効率は77−72%の
範囲であった。
この結果もまた、この陰極の高い安定性を示すものであ
る。
実施例4 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきおよび比
較のための非めっきニッケル陰極を用いて、実施例1と
同一の条件と方法でベンズアルデヒドの代わりに、アセ
トフェノン(aoomg、50mM)を1−フェニルエ
タノールに電解還元したところ、各々の陰極において4
6%および13%の電流効率があった。
この結果はこの複合めっき陰極がベンズアルデヒド以外
の芳香族カルボニル化合物の電解還元にも有効に用いら
れることを示すものである。
実施例5 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきおよび比
較のための非めっきニッケル陰極を用いて、陰極液とし
て硫酸5%を含む50%アセトン水溶液を陰極液とじ2
6oC通電したこと以外の条件、方法は実施例1と同様
にして、アセトンのイソプロピルアルコールへの電解還
元を行なったところ、各々の陰極において18%および
1%の電流効率であった。この結果は、芳香族のみなら
ず脂肪族のカルボニル化合物の電解還元に対してもこの
複合めっき陰極が有効に使用されうろことを示すもので
ある。
実施例6 実施例1で用いられた複合めっきニッケル、比較のため
の非めっきニッケルおよび鉛陰極によりマレイン酸ジメ
チル2.5mmolを含む50cm3の5%硫酸陰極液
を電流密度10mA/cm”通電量241Cの条件で電
解還元したとき、ジメチルコハク酸が各々の陰極におい
て43%、29%および58%の電流効率で生成した。
この結果、複合めっきニッケル陰極は鉛陰極に比べれば
若干劣るものの非めっきニッケル陰極よりはるかに優れ
ることが示された。
実施例7 実施例1で用いられた複合めっきニッケル、非めっきニ
ッケルおよび鉛陰極によりアクリロニトリル2.65g
を含む50 c m’の5%疏IM極液を電流密度20
mA/cm”通電量2412Gの条件で電解還元したと
き、プロピオニトリルが各々の陰極において10%、0
%および1%の電流効率で生成し、複合めっきニッケル
陰極が他のふたつの陰極のいずれよりも優れることが示
された。
実施例8 5%硫酸の代りに0.9%K H,P O,及び4゜8
%Na、HPO,・12H,Oからなる陰極液を用い、
電流密度10 m A/ c m”、通電量1207C
とした以外は実施例7と同様にしてアクリロニトリルの
電解還元をしたところ、複合めっきニッケル陰極ではプ
ロピオニトリルが72%の電流効率で生成したのに対し
、非めっきニッケル陰極では41%であった。
また、鉛陰極ではプロピオニトリルの生成電流効率は6
9%であり複合めっき陰極とほぼ同等であったが、還元
2量体であるアジポニトリルが8%の電流効率で副生じ
た。
実施例9 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきニッケル
および比較のための非めっきニッケル陰極を用いて、1
−ブロモ−1−フェニルエタン0゜45gを含む50c
jの0.5M テトラエチルアンモニウムプロミド陰極
液を電流密度30mA/d1通電量241.2Gの条件
で電解還元したところ、フェニルエタンが各々の陰極に
おいて67%および57%、の電流効率で生成した。
この結果、複合めっきニッケル陰極が非めっきニッケル
陰極よりも優れることが示された。
実施例10 実施例1のニッケルーポリ(テトラフルオロエチレン)
複合めっき電極に替えて、実施例1に示されたものと同
様の方法で、亜鉛−ポリ(テトラフルオロエチレン)複
合めっき電極を作製した。
この亜鉛複合めっき電極は、前記ニッケル複合めっき電
極と同様の顕著な接水性を示した。
ついで、上記亜鉛複合めっき電極を陰極として、実施例
9に示した電解条件のもとで、1−ブロモ−1−フェニ
ルエタンの電解還元を行ったところ、95%の電流効率
でフェニルエタンが生成した。
比較のために用いた非めっき亜鉛陰極では電流効率84
%であり、ニッケル以外の金属との複合めっき陰極もそ
の疎水性効果を電解還元において発現しうろことの証左
を与え、本発明の概念の広汎性の一端が実証された。
実施例11 実施例10で使用されたものと同等の複合めっき亜鉛お
よび比較のための非めっき亜鉛を陰極に用いて、ベンズ
アルデヒド0.27gを実施例1と同様の方法と条件で
電解還元したところ、ベンズアルデヒドは各々62%お
よび54%の電流効率で還元され、主生成物ベンジルア
ルコールと副生成物ジヒドロベンゾインを生成した。主
生成物の選択率は複合めっき亜鉛陰極で85%、非めっ
き亜鉛陰極では59%であり、この結果、複合めっき陰
極の使用は電流効率の向上のみならず選択率の向上にも
寄与することが新たに検証された。
実施例12 実施例10で使用されたものと同等の複合めっき亜鉛陰
極および比較のための非めっき亜鉛陰極を用い、マレイ
ン酸ジメチル0.35gを50fflのpH7のリン酸
塩バッファー溶液陰極液中で実施例1と同様の条件で電
解還元したところ、マレイン酸ジメチルはいずれの陰極
でも96%の電流効率で還元され、主生成物コハク酸ジ
メチルと副生成物ブタンテトラカルボン酸テトラメチル
を生成したが、主生成物の選択率は複合めっき亜鉛陰極
で99%、非めっき亜鉛陰極で94%であり大差ではな
いが、複合めっき陰極の選択性向上への寄与の普遍性の
一端が示された。
以上の実施例1〜12は、物質材料の属性のひとつであ
る疎水性に着目し、顕著な疎水性物質であるポリ(テト
ラフルオロエチレン)を微粒子成分とする複合めっき材
料を陰極として用いたとき、その接水性のために水の電
解還元による水素発生が抑制され、出発基質の還元に対
する電流効率が向上することを実証したものである。
また、以下に示す一連の実施例13〜17では、同様の
電極を陽極として用いて有機化合物の電解酸化を行なえ
ば水の電解酸化による酸素発生が抑制され電流効率が向
上することを示すものである。
実施例13 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきニッケル
電極を陽極とし、ベンジルアルコール0゜25gを、ア
セトニトリルを20容量%含む50dの1M水酸化カリ
ウム陽極液中で電流密度10mA/aJ、通電量120
.6Gの電解条件で電解酸化したとき、ベンズアルデヒ
ドおよび安息香酸が各々80%および16%の電流効率
で生成した。比較のため、複合めっきニッケル陽極に替
えて非めっきニッケル陽極を用いた対照電解実験ではベ
ンズアルデヒドおよび安息香酸の電流効率は各々5%お
よび0%であった。この結果、一般に酸素発生が極めて
起こりやすい強アルカリ性の陽極液中にも拘らず、複合
めっきニッケル陽極の使用により酸素発生がほとんど完
全に抑制され、有機化合物の電解酸化が極めて効率よく
進行することが示された。
実施例14 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきニッケル
電極および比較のための非めっきニッケル電極を陽極と
し、α−メチルベンジルアルコール0.70gを、アセ
トニトリルを50容量%含む50cjのO,1M水酸化
カリウム陽極液中で。
電流密度10mA/aJ、通電量241.2Cの電解条
件で電解酸化したとき、アセトフェノンが各々27%お
よび0.5%の電流効率で生成した。
実施例15 実施例1で使用されたもの同等の複合めっきニッケル電
極を陽極とし、プロピルアルコール1゜5gを1M水酸
化カリウム陽極液中で実施例14と同様の電解条件で電
解酸化したとき、プロピオンアルデヒドおよびプロピオ
ン酸が各々4%および73%の電流効率で生成した。比
較のため、複合めっきニッケル電極陽極に替えて非めっ
きニッケル陽極を用いた対照電解実験ではプロピオンア
ルデヒドおよびプロピオン酸の電流効率は各々4%およ
び8%であった。
実施例16 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきニッケル
電極および比較のための非めっきニッケル電極を陽極と
し、イソプロピルアルコール1゜5gを実施例15と同
様の陽極液、電解条件で電解酸化したとき、アセントが
各々84%および7%の電流効率で生成した。
実施例17 実施例1で使用されたものと同等の複合めっきニッケル
電極および比較のための非めっきニッケル電極を陽極と
し、α−メチルベンジルアルコール0.70gを、アセ
トニトリルを50容積%含む50dのO,1M水酸化カ
リウム陽極液中で電流密度10 m A / aJ 、
通電量241.2Cの電解条件で電解酸化したとき、ア
セトフェノンが各々27%および0.5%の電流効率で
生成した。
以上の実施例1〜17は金属にニッケルあるいは亜鉛)
と疎水性微粒子〔ポリ(テトラブルオロエチレン)〕と
の複合めっき電極に関するものであるが、以下の実施例
は、微粒子を疎水性微粒子に替えて親水性微粒子である
シリカゲルを用いて作製された複合めっき電極に関する
ものである。
実施例18 硫酸ニッケル・六水和物280 g / Q 、塩化ニ
ッケル25g/j2.ホウ酸40 g / Qから成る
ニッケルめっき浴(いわゆるワット浴の1種)中にシリ
カゲル微粒子(粒径0.015〜0.020μm、多水
化学(株)製、商品名ゼミシール1l100V)80/
Qを懸濁させた懸濁液中で3al×31のニッケル板に
電流密度50 m A / d 、通電量1000G、
浴温50℃でニッケルーシリカゲル複合めっきをほどこ
し、水洗複電極として使用に供した。この複合めっき電
極の表面は二次イオン質量分析によりケイ素を多量に含
有していることが確認され、また走査型電子顕微鏡によ
りシリカゲル微粒子の存在がw4察された。
ついで、上記複合めっきニッケル電極および比較のため
の非めっきニッケル電極を陰極とし、0゜1Mテトラエ
チルアンモニウム・プロミドのメタノール溶液電解液(
lla極液50aJ)を用いて隔膜セル中でベンズアル
デヒド0.265 g (50mM)を実施例1と同様
の方法と電解条件により電解還元したとき、各々34%
および28%の電流効率で主生成物ジヒドロベンゾイン
(副生成物:少量のベンジルアルコール)が生成した。
主生成物の選択率は各々の陰極で97%および93%で
あった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、工業的に実用可能で作成技術上の問題
がなく、化学的、電気化学的、物理的および機械的に安
定でかつ電導性、無害性、無毒性、工作性、経済性など
の要件を満したうえにさらにその所望の固有機能を十分
に発現しうる修#電極を提供することができ1本発明の
電解方法、すなわち複合めっき材料を電極として使用す
る電解方法により、従来より十分満足すべきでない電極
材料あるいは修飾電極を用いて実施されている電解現象
利用技術の改良が進み、かつ所望の電極材料不存のため
未実用化状態の電解現象利用技術の実用化が実現し、同
時に電解現象利用技術における電極選択制限が大巾に改
善され、複合めっき技術自体も電極材料として、また新
しい型の複合めっき技術の開発にも応用でき、新しい応
用分野を獲得し更なる発展が見込まれる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複合めっきをほどこした物体を電極として使用すること
    を特徴とする電解方法。
JP16595190A 1989-07-07 1990-06-25 電解方法 Pending JPH03131585A (ja)

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